37888

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110.

Лабораторная работа

Архивоведение и делопроизводство

4 ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСИ КОЛЬЦЕВОЙ КАТУШКИ Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно технических специальностей Калининград 2006 1. Цель работы: Исследование магнитного поля на оси катушки: измерить магнитную индукцию в различных точках на оси кольцевой катушки; построить график изменения магнитной индукции вдоль оси катушки; проверить результаты измерения расчётом. Для кольцевой катушки содержащей витков:...

Русский

2013-09-25

297.5 KB

5 чел.

ФГОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ   ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  

ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110.2.4

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСИ КОЛЬЦЕВОЙ КАТУШКИ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей

физики для студентов инженерно - технических специальностей

Калининград

2006

1. Цель работы:

Исследование магнитного поля на оси катушки:

- измерить магнитную индукцию в различных точках на оси кольцевой катушки;

- построить график изменения магнитной индукции вдоль оси катушки;

- проверить результаты измерения расчётом.

2. Приборы и оборудование:

2.1. Блок генераторов напряжений с наборным полем (БГННП);

2.2. Миниблок  «Кольцевая катушка»;

2.3. Миниблок «Тесламетр» (содержит зонд с датчиком Холла);

2.4. Блок мультиметров (MY60 – как амперметр, MY62 – как вольтметр);

2.5. Соединительные провода – 5 штук;

2.6. Вертикальная металлическая стойка.

       3. Введение

Магнитная индукция  - силовая характеристика магнитного поля. Магнитная индукция – векторная величина. Единицы её измерения в системе СИ – тесла (Тл). Индукция магнитного поля любого тока может быть рассчитана по принципу суперпозиции полей:

                                                                                       (1)                                                                                                                                    где элементарная магнитная индукция  поля, создаваемого элементом тока , определяется по закону Био - Савара – Лапласа:

                       ,            (2)

где  - вектор, проведённый от элемента тока в ту точку, в которой определяется ;  - магнитная постоянная.

Направление  определяется по правилу правого винта (буравчика) – как результат векторного произведения вектора  и вектора .

Применение закона Био – Савара – Лапласа к расчёту поля кругового витка с током приводит к выражению:

           ,          (3)

где  - значение координаты, в которой определяется магнитная индукция (расстояние от центра кругового витка с током до точки А по оси ).

Для кольцевой катушки, содержащей  витков:

                                  (4)

Вывод рабочей формулы для кругового витка с током:

Согласно рис.1:

                     (5)

Из соображения симметрии (см. рис.2):

            ,      (6)

где , ,

где  - дипольный магнитный момент,

- площадь контура,

- положительная нормаль к контуру (см. рис.3).

Таким образом,            .         (7)

Рис.1.

Рис.2.

Рис.3.

      4. Экспериментальная часть

4.1. Общие требования

4.1.1. Работы проводятся на основании   «Руководства  по выполнению базовых экспериментов» ЭМФ.001РБЭ (910).

4.1.2. Работы проводятся без применения компьютера с использованием в качестве измерительных приборов мультиметров типа MY60 и MY62.

ВНИМАНИЕ! Для измерения токов величиной более 200 мА используйте мультиметр MY60. Мультиметр MY62 используйте для измерения напряжений, а также токов менее 200 мА и других параметров.

4.1.3. В процессе использования мультиметров ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

а) изменять род работы (амперметр, вольтметр, омметр и т.д.) при подключённых к электрической цепи мультиметрах;

б) измерять сопротивления в электрической цепи, находящейся под напряжением;

в) измерять ёмкости конденсаторов, не убедившись в том, что они разряжены.

4.1.4. При перегрузке мультиметра, то есть, при превышении измеряемым параметром установленного на мультиметре предела измерения, на шкале мультиметра высвечивается цифра «-1». Для устранения перегрузки увеличьте предел измерения.

4.1.5. Сборку и разборку схем экспериментов и присоединение установки к сети ~220 В выполняет инженер или преподаватель.

ВНИМАНИЕ! При разборке схем снятие миниблоков осуществляйте, удерживая одной рукой стойку установки, а другой – вытаскивая миниблок за его основание (а не за пластмассовую крышку или другие элементы).

4.1.6. В процессе эксплуатации мультиметров допускается их самопроизвольное отключение, в этом случае для продолжения работы нажмите кнопку включения повторно.

4.1.7. При сборке схем экспериментов гнездо «СОМ» мультиметра присоединяйте к гнёздам «-15 В» блока БГННП.

4.2. Общее устройство установки

4.2.1. Установка состоит из блока генераторов напряжений с наборным полем (БГННП), набора сменных миниблоков, соединительных проводов и кабелей, блока мультиметров, набора планшетов для моделирования полей.

4.2.2. Перечисленные блоки размещены на вертикальной металлической стойке, установленной на лабораторном столе, к сети ~220 В каждый блок присоединяется своим кабелем. Сетевые кабели постоянно присоединены к соответствующим блокам. Остальные элементы установки находятся в её ЗИПе.

4.2.3. Заземление блоков установки выполнено путём присоединения их крышек к заземляющей шине помещения лаборатории.

Блок  генераторов напряжений с наборным полем.

                                                  Рис.4

4.3. Порядок выполнения экспериментов

4.3.1. Установите миниблоки «Кольцевая катушка» и «Тесламетр» на наборную панель блока БГННП, соберите схему эксперимента в соответствии с рисунком 4. Подвижную катушку в миниблоке опустите вниз до упора и заблокируйте.

4.3.2. Присоедините блоки  установки к сети ~220 В, выведите против часовой стрелки до упора ручку регулировки выходного напряжения на блоке БГННП.

4.3.3. Установите  пределы измерения на мультиметре «А» 200 мА, на мультиметре «V» 2 В, включите блоки установки  выключателями «Сеть» и кнопками на мультиметрах.

4.3.4. Разомкните цепь питания катушки, для чего отсоедините от наборной панели один из проводов мультиметра «А».

4.3.5. Установите ручкой «Уст. 0» на миниблоке «Тесламетр» как можно точнее «0»  мультиметра «V» (допускается отклонение от нуля на единицу последней цифры на шкале).

4.3.6. Включите питание катушки, для чего верните в своё гнездо отсоединённый провод мультиметра.

4.3.7. Ручкой регулировки выходного напряжения  установите на мультиметре «А» ток через катушку I = 190 мА. В течение выполнения эксперимента поддерживайте значение тока в пределах (189…191) мА - не более.

4.3.8. Возьмите зонд с датчиком Холла (ДХ), введите его сверху в отверстие миниблока «Кольцевые катушки» и опускайте вниз до тех пор, пока не достигнете максимального значения выходного напряжения Uвых на мультиметре «V».

4.3.9. Поддерживая с помощью зонда ДХ полученное максимальное значение напряжения Uвых, запишите в клетку Хо  таблицы 1  со шкалы зонда на уровне верхнего торца миниблока значение координаты  с учётом её знака (вверх от нуля «минус», вниз – «плюс») и значение Uвых (В).  При записи значений напряжения учитывайте положение нуля (перед запятой).

4.3.10. Перемещая зонд от этого максимального значения сначала вниз через каждые 2,5 мм до (Х0-15), запишите в таблицу значения выходного напряжения Uвых. Затем верните зонд снова в точку Х0 и перемещайте зонд вверх до (Х0+15), также записывая через каждые 2,5 мм значения выходного напряжения.

                                                                                                                     

                                                                                                        Таблица 1

Х, мм

Х0-15

Х0-12,5

Х0-10

Х0-7,5

Х0-5

Х0-2,5

Х0=0

Uвых, В

Вэкс, мТл

Х, мм

Х0+2,5

Х0+5

Х0+7,5

Х0+10

Х0+12,5

Х0+15

Uвых, В

Вэкс, мТл

4.3.11. Установите ручку регулировки выходного напряжения  против часовой стрелки до упора, выключите блоки и отсоедините их от сети ~220 В.

4.3.12. Рассчитайте значения  магнитной индукции в каждой точке по формуле:

В (мТл) = 10 U вых (B),

занесите в таблицу полученные значения.

4.3.13. На миллиметровке формата А4 постройте график зависимости  В =

= f (Х), при этом точку Х0 расположите в начале координат. Кривую проведите плавно, без изломов.

4.3.14. Рассчитайте значения магнитной индукции для координат Х по формуле:

                                           ,        где

I  -  ток в цепи катушки,

R = 7,0 ± 0,1(мм) - радиус катушки,

W = 250 – количество витков катушки,

Х – координата зонда ДХ,

µ0 = 4. 10-7   -  магнитная постоянная,

и запишите в таблицу 2 как Врасч, мТл.

                                                                                                              

                                                                                                        Таблица 2

Х, мм

Х0-15

Х0-12,5

Х0-10

Х0-7,5

Х0-5

Х0-2,5

Х0=0

Врасч, мТл

Х, мм

Х0+2,5

Х0+5

Х0+7,5

Х0+10

Х0+12,5

Х0+15

Врасч, мТл

4.3.15. Нанесите полученные расчётные значения на экспериментальный график, изменив обозначение этих точек для их отличия от экспериментальных.

4.3.16. Проведите расчёт погрешности для Врасч при Х= Х0+10 (например).

4.3.17. Проведите сравнительный анализ полученных результатов.

       5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (ПРИМЕРНЫЕ)

5.1. Что такое магнитная индукция?

5.2. Что такое дипольный магнитный момент?

5.3. Принцип действия датчика Холла.

       5.4. Нарисовать картину силовых линий магнитного поля кольцевой катушки.

       5.5. Закон Био - Савара – Лапласа.

       5.6. Применение закона Био - Савара – Лапласа  к расчёту магнитной индукции, создаваемой круговым витком с током.

       5.7. Применение закона Био - Савара – Лапласа  к расчёту магнитной индукции, создаваемой прямолинейным проводником с током.

       5.8. Применение закона Био - Савара – Лапласа  к расчёту магнитной индукции, создаваемой  бесконечно длинным прямолинейным проводником с током.

       5.9.Поток вектора магнитной индукции.

       5.10. Теорема Гаусса для индукции.

       5.11. Закон полного тока.


I

R

X

A

dBx

X

dB

β

β

A

dB

B

X

I

R

S

n

Pm

B


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58054. Види трикутників. Рівнобедрений трикутник 88 KB
  Навчальна мета: ознайомити з видами трикутників, їх властивостями, ознайомити з історією розвитку поняття «трикутника» та розглянути використання властивостей трикутників в житті; закріплювати основні поняття теми «Трикутники»...
58055. Сучасний урок – це дзеркало загальної і педагогічної культури вчителя 251 KB
  Чітке формулювання освітніх завдань у цілому та його складових, їх звязок із розвивальними та виховними завданнями; Визначення місця в загальній системі уроків; Визначення оптимального змісту уроку відповідно до вимог навчальної програми та мети уроку...
58056. Урок – гра. «Математика і навколишній світ». Дії з натуральними числами 70.5 KB
  Мета: Систематизувати знання, уміння та навички учнів по темі «Дії з натуральними числами» В процесі розв’язання цікавих нестандартних; Сприяти розвитку та формуванню інтелектуальних і творчих здібностей учнів...
58057. Уроку позакласного читання для учнів 3-х класів 144 KB
  Мета: Поглибити знання дітей про породи собак; пробуджувати інтерес до прочитаного; розвивати навички правильного, свідомого читання, уміння самостійно працювати з текстом, порівнювати, узагальнювати, робити висновки...
58058. Прикладна діяльність. Створення декоративної композиції «Дерево життя» в техніці петриківського розпису 63 KB
  Мета: ознайомити учнів із світосприйняттям предків на прикладі дерева життя символу українського декоративно-прикладного мистецтва; вчити учнів передавати на малюнку чарівний світ природи за допомогою основних прийомів петриківського розпису...
58059. Шопен – душа фортепіано 74 KB
  Мета уроку: Навчальна: ознайомити учнів із творчістю та життєвим шляхом Ф.Шопена, провідними стильовими засадами його композиторського почерку; працювати над диханням, чистотою інтонування, співом у єдиній вокальній позиції.
58060. Вражаючі здібності «фортепіанного поета» Фридеріка Францішека Шопена 89.5 KB
  МЕТА: поглибити знання дітей про творчість Фридеріка Шопена; вчити учнів глибоко емоційно сприймати інструментальну фортепіанну музику розуміти та інтерпретувати її зміст; дати визначення понять ноктюрн і скерцо; збагатити уявлення дітей про життєвий зміст музики розуміння її...
58061. Урок-презентація: Симфонія вогняних років 64 KB
  Учитель музики: Доброго дня діти. Сьогодні ми міркуємо про музику яка народжувалась і звучала в роки Великої Вітчизняної війни подивимось як боровся наш народ з ворогом у блокадному Ленінграді і як ця боротьба показана Шостаковичем через музику в симфонії на екрані слайд...
58062. Стихійні лиха 75.5 KB
  Мета: продовжити ознайомлювати учнів із небезпеками природного походження, розглянути приклади стихійних небезпек, скласти алгоритми поведінки в надзвичайних ситуаціях (сильного вітру і грози та в разі потрапляння в зону підтоплення); розвивати логічне мислення; виховувати бережливе ставлення до власного здоровя та життя.